動葉葉頂迷宮刷式密封的透平級氣動性能研究

摘要：針對透平級葉頂泄漏損失大的問題,提出了將葉頂迷宮密封設(shè)計成迷宮刷式密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案,旨在減少葉頂泄漏量和提高氣動效率。采用基于非線性多孔介質(zhì)模型的RANS方程數(shù)值方法,研究了實驗測量的迷宮刷式密封的泄漏量,數(shù)值預(yù)測泄漏量與實驗測量數(shù)據(jù)吻合良好,驗證了數(shù)值方法的可靠性。基于1.5級透平級動葉葉頂迷宮密封結(jié)構(gòu),將第1個、最后1個迷宮長齒設(shè)計成刷絲束的前置、后置迷宮刷式密封結(jié)構(gòu),對比分析了迷宮刷式密封刷絲束間隙為0~0.4 mm時,1.5級透平級的葉頂間隙泄漏量和氣動效率。研究結(jié)果表明:前置、后置葉頂迷宮刷式密封在減少泄漏量和提高透平級氣動效率方面相似;與葉頂迷宮密封相比,葉頂迷宮刷式密封在刷絲束間隙為0.4 mm時泄漏量減少了18%,透平級效率提高了0.6%;葉頂密封間隙損失主要包括腔室耗散和出口腔室黏性損失;相比于葉頂迷宮密封,葉頂迷宮刷式密封減小了氣流相對偏轉(zhuǎn)角,導(dǎo)致密封出口泄漏流與動葉出口主流摻混損失減少;葉頂迷宮刷式密封通過減少出口腔室黏性損失從而提高透平級氣動效率。